Dean-Stark Syntheses

[Alien20]

Hallo iedereen,

Ik loop momenteel stage binnen Oce Technologies (R&D) te Venlo.

Hierin ben ik veel syntheses uit aan het voeren. Momenteel ben ik onderzoek aan het doen naar bepaalde Ester's. De reactie's gaan altijd met behulp van de Dean-Stark opstelling. Hierbij gebuik ik altijd een sleepmiddel om het water wat ontstaat tijdens deze reactie's uit de reactie te krijgen en in de Dean-Stark. Daarvoor gebruik ik altijd O-Xylene in isomeren mix.

Mijn vraag is nu, hoe dat het nu precies werkt? De reactie's worden meestal rond de 200 graden celsius uitgevoerd. O-Xylene heeft een kookpunt van net over de 140 graden als ik me niet vergis.

Het zal wel wat te maken hebben met de kookpunten van water en xylene, maar ik begrijp niet precies hoe het werkt.

Google biedt eigenlijk geen uitkomst. Misschien zou de Engelse term van sleepmiddel makkelijker zijn voor Google, maar deze heb ik eigenlijk ook niet weten te achterhalen.

Bedankt alvast!

[jorgensw]

Bij een Dean-Stark gaat er inderdaad om om water af te vangen. Je vormt samen met je oplosmiddel een azeotropisch mengsel. Dit betekent dat beide vloeistoffen (oplosmiddel en water) samen verdampen. In je koeler condenseren ze en komen in je vat met aftapkraantje terecht. Hier staat als het goed is een vloeistof in met een lagere dichtheid dan water. Het water staat hierin dus onder en kan je aftappen.

Het meest gebruikt voor een Dean-Stark is volgens mij tolueen.

[Alien20]

Ja zoiets dergelijks had ik al begrepen. Maar waarom en hoe kan de O-Xylene het water nu meenemen? Waarom vormen ze een azeotropisch mengsel, is daar een verklaring voor te bedenken?

En ja ik kwam ook vrijwel overal tegen dat men Toluene het vaakst gebruikt als sleepmidel.

[jorgensw]

Daar weet ik ook zo geen antwoord op....

De thermodynamica kan zulke zaken verklaren, en daar weet ik niet zo heel veel van.

[Dante_CF]

En ja ik kwam ook vrijwel overal tegen dat men Toluene het vaakst gebruikt als sleepmidel.

Benzeen wordt ook nog vaak gebruikt...

[*chemaster*]

O-Xylene, Tolueen is allemaal op basis van benzeen. O-Xylene heeft alleen 2 methyl substituenten aan de ring vast zitten (Tolueen 1 methyl groep). Misschien heeft dit iets te maken met de binding met water. Maar de enige binding die ik kan verzinnen is een waterstofbrug (tussen de H van O-Xylene (benzeenring) en de O van het water molecuul).

[rwwh]

Het л-systeem van een benzeenring is behoorlijk polariseerbaar, en wil soms fungeren als iets dat eruit ziet als de ontvanger van een waterstofbrug (Zogenaamde O-H....л interactie). Ik heb geen idee of dat hier speelt?

[jorgensw]

Ethanol en water vormen volgens wikipedia ook een azeotropisch mengsel. Dus de pi-electronen spelen waarschijnlijk geen rol, maar ook geen waterstofbruggen.

Maar wat bepaalt dan of een mengsel azeotropisch is of niet?

[Martin.h]

De reden of een megsel azeotropisch was of niet, hing af van de interactie tussen de zelfde moleculen van stof A en stof B en de interactie van de moleculen van stof A en B onderling.

Wat het ook al weer precies was, zoek ik nog even op.

Heb even het een en ander uit een oud tentamen gehaald:

azeotropie komt doordat in het mengsel (de stoffen A en B) de onderlinge interacties anders zijn dan in de afzonderlijke zuivere stoffen; oftewel de interactie tussen A en B is van een andere grootte dan de interactie tussen A en A, en B met B. Als de interactie tussen A en B veel groter is (er treedt bijv. een H-brug op die niet in de afzonderlijke componenten voorkomt) dan krijg je een maximum azeotroop; als de interactie van A met B kleiner is (ze verstoren dus in feite elkaars vloeistof"rooster”) krijg je een minimumazeotroop

[DrQuico]

Ethanol en water vormen volgens wikipedia ook een azeotropisch mengsel. Dus de pi-electronen spelen waarschijnlijk geen rol, maar ook geen waterstofbruggen.

Maar wat bepaalt dan of een mengsel azeotropisch is of niet?

Het is niet zomaar te voorspellen of een mengsel een azeotroop gaat vormen of niet. Er zijn veel azeotropen voor vloeistoffen in combinatie met water bekend:

water-ethanol

water-acetonitril

water-hexaan

water-tolueen

water-benzeen

water-THF

Niet allen ontmengen ze bij afkoelen en ze zijn dus ook niet allemaal geschikt voor een azeotropische destillatie met een Dean-Stark trap. Er is niet echt een directe relatie tussen de struktuur en het vormen van een azeotroop duidelijk. Het is iets wat experimenteel bepaald moet worden.

Een voorbeeld van een azeotropisch mengsel zonder water is chloroform-aceton.

[Alien20]

Niet allen ontmengen ze bij afkoelen en ze zijn dus ook niet allemaal geschikt voor een azeotropische destillatie met een Dean-Stark trap. Er is niet echt een directe relatie tussen de struktuur en het vormen van een azeotroop duidelijk. Het is iets wat experimenteel bepaald moet worden.

Uit mijn experimentele ervaring kan ik dus al vertellen dat O-Xylene en Water in een azeotropisch mengsel, ontmengen als ze zijn gedestilleerd. Zichtbaar in de Dean-Stark trap zijn duidelijk 2 fasen. Waarvan de onderste fase zeker Water is, omdat dit een grotere dichtheid heeft dan O-Xylene. De O-Xylene refluxed de hele proef door heel mooi.

Mijn reactie's leveren (na berekening) altijd 9,01 ml Water op. Hiervoor gebruik ik steeds 70 ml O-Xylene (er moet voldoende zijn voor de reflux). De reactie's staan altijd meer dan 40 uur , omdat de laatste ml's Water moeizaam uit de reactie meegesleept worden door de O-Xylene. Zou het misschien mogelijk kunnen zijn dat een ander sleepmiddel sneller werkt?

[Alien20]

Ik heb even onderzoek gedaan naar verschillende oplosmiddelen en dan rekening houdenende met mijn reactietemperatuur van rond de 200 graden celsius:

Ethanol --> Bp = 78 Graden Celsius = ongeschikt

Acetonitril --> Bp = 81-82 Graden Celsius = ongeschikt

Hexaan --> Bp = 69 Graden Celsius = ongeschikt

Tolueen --> Bp = 110-111 Graden Celsius = ongeschikt

Benzeen --> Bp = 80 Graden Celsius = ongeschikt

THF --> Bp = 65-67 Graden Celsius = ongeschikt

O-Xyleen --> Bp = 143-145 Graden Celsius = Huidige gebruik

Mesityleen (1,3,5-Trimethylbenzeen) --> Bp = 163-166 Graden Celsius = Beter bruikbaar ivm hoger kookpunt om water mee te slepen?

Pseudocumeen (1,2,4-Trimethylbenzeen) --> Bp = 168 Graden Celsius = Beter bruikbaar ivm hoger kookpunt om water mee te slepen?

Kan iemand hier antwoord op geven? Of is in dit geval waarschijnlijk praktijk ervaring (dus uitproberen) de uitkomst?